本发明涉及含能材料评价技术领域，具体涉及一种含能材料质量变化自动监测系统及监测方法。
背景技术
含能材料是一种通过剧烈的化学反应进行做功的物质，被广泛应用于武器系统、航空航天、矿产开采等多个领域。但含能材料本身是一种相对不稳定的物质，在生产、贮存、运输等过程中，都会发生缓慢的热分解。这种热分解的发生，就为含能材料带来了安定性的问题。如果含能材料的贮存量很大，贮存的时间又长，由于含能材料热分解放出的热量不易散失而产生热积累的加速反应，或者产生自催化加速反应、链锁反应等，易导致爆燃以致爆轰，造成人员伤亡和经济损失。绝大多数含能材料都不是以单质形式进行使用，而是与其他物质混合进行使用。混合物质对含能材料热分解的影响也变得极为重要，这就是含能材料与混合物质的相容性问题。此外，含能材料在长期贮存过会的有效性问题即安全贮存寿命评估工作也是当前含能材料领域一直在研究的重要课题。
由于含能材料在分解过程中，会释放出分子量相对较低的气体产物，同时质量随之减少，并伴随着热量的吸收或释放。基于上述特性，国内外研究人员发展了量气法、量热法和热失重法等方法研究炸药的热分解。
热失重法广泛应用于炸药的热分解研究中，是评价炸药热性能的重要方法之一。当前最常用的热失重法包括热重法，此外还有100℃加热法及长期老化重量测试等方法。
其中热重法采用热重分析仪连续测定样品受热后的质量变化，可以实现自动记录，可实现恒温、程序升温等多种测试条件加载。但热重法所测定的样品量较少，仅为数毫克，难以说明实际过程中大尺寸样品的变化情况。同时由于热重分析仪的天平在加热舱内，会有漂移现象发生，需要校正基线，不适合样品进行长时间测试。此外，热重分析仪每次只能对一个样品进行质量变化测试，效率较低。
其他基于热失重法用来研究含能材料安定性、相容性和预估贮存寿命的方法如100℃加热法和长期老化重量测试均是将样品放置在恒温烘箱里放置一定时间后，将其取出，利用天平称量样品质量。这种恒温、间断、定期称量样品质量的方法涉及到样品的加热、转移、称量这样一个循环的过程，自动化程度低、操作步骤复杂，且占用大量的人力和时间成本。
技术实现要素：
本发明的目的是为了克服现有技术的缺点，提供一种含能材料质量变化自动监测系统及监测方法，该监测系统通过称量装置对长时间恒温加热的多个含能材料样品进行依次自动称量，实现对含能材料质量变化情况的自动监测。本发明适用于绝大多数含能材料老化过程中质量变化的自动化监测，在含能材料的安定性、相容性测试和安全贮存寿命评估工作中具有很大的应用潜力。
为了达到上述的技术效果，本发明采取以下技术方案：
本发明提供了一种含能材料质量变化自动监测系统，该系统包括样品容器、加热恒温装置、运动控制装置、称量装置、数值显示系统、报警系统和计算机，所述加热恒温装置、运动控制装置、称量装置、数值显示系统和报警系统分别与计算机相连接，所述加热恒温装置用于对所述样品容器内的样品进行加热并保温，所述运动控制装置包括移动轨道和机械臂，所述机械臂可以在移动轨道上移动并且可以上下伸缩移动，所述称量装置用于对样品进行称量，所述数值显示系统用于显示样品的温度和重量，所述计算机对监测数据进行记录，所述样品容器上部相对的两侧分别置有手柄，所述机械臂用于固定手柄并带着样品容器进行平移或上下移动，所述运动控制装置设置在所述加热恒温装置上部，所述称量装置设置在所述加热恒温装置下部，其中所述称量装置的中心与所述加热恒温装置的中心相对应，所述加热恒温装置与所述称量装置之间设置有隔热材料。
进一步的，所述样品容器的材料为金属或玻璃，其形状为圆柱体，其圆形截面直径为10～50mm，圆柱体高度为20～100mm，所述手柄设置在距离所述样品容器顶部的3/5～4/5处，所述手柄长度为5～15mm。
进一步的，所述加热恒温装置内设置有均热块，所述均热块通过电阻丝进行加热，升温速率低于10℃/min，温度设定范围为20℃～180℃。
进一步的，所述加热恒温装置的加热时间设定范围为0.5小时～12个月，所述加热恒温装置中可以放置1～8个样品容器。
进一步的，所述运动控制装置上的机械臂下移后固定在样品容器的手柄上，然后带着样品容器进行上移一定距离后平移到加热恒温装置的中心处，中心处的隔热材料移开，机械臂下移将样品容器放置在称量装置上，称量完成后，机械臂可以带着样品容器上移离开称量装置。
进一步的，所述称量装置在称量前进行校正。
进一步的，所述报警系统当监测到样品温度超过设定温度1～50℃时会进行报警。
进一步的，所述样品容器内的含能材料的状态为液态、粉末状、颗粒状或块状中的任意一种。
进一步的，所述加热恒温装置设定的温度要比样品的分解温度低50℃以上，且低于易挥发样品的挥发温度或易升华样品的升华温度。
本发明还提供了一种含能材料质量变化自动监测方法，包括以下步骤：(1)将待测样品称量并记录；(2)在计算机中设定恒温温度、升温速率、自动采样频率、采样次数以及报警温度；(3)在样品容器中放入样品，待加热恒温装置温度达到设定值并稳定时将样品容器放入加热恒温装置中；(4)通过运动控制装置和称量装置对样品进行称量并记录数据，然后按照设定的时间进行记录并保存数据，数值显示系统对样品的当前质量和加热恒温装置的当前温度进行实时显示；(5)到测量结束时间后，运动控制系统将样品移出加热恒温装置，加热恒温装置停止加热。
下面对本发明做进一步的解释和说明，本发明提供了一种含能材料质量变化自动监测系统，该系统包括样品容器、加热恒温装置、运动控制装置、称量装置、数值显示系统、报警系统和计算机，其中加热恒温装置、运动控制装置、称量装置、数值显示系统和报警系统与计算机连接，其中待测的含能材料样品放置在样品容器中，样品容器的上端两侧设置有两个手柄，是为了方便移动，加热恒温装置通过电阻丝对样品容器进行加热，其中设置有均热块，其中均热块与称量装置由隔热材料进行隔离，可以防止称量装置长时间处于高温环境下影响其测量精度，运动控制装置上设置有机械臂，利用运动控制上的传动系统可以使盛放样品的样品容器在均热块内绕轨道移动，在样品容器转动到达指定位置后，机械臂下移，固定在样品容器的手柄上，然后上移一定距离，平移到均热块的中心处后，中心处的隔热材料移开，机械臂下移，将盛放样品的样品容器放置在称量装置的天平托盘上，同时，机械臂也可以将样品容器由托盘天平上移到均热块的特定位置。其中，称量装置在称量前，需要完成内部校正，然后在对放置在托盘中的物品质量进行称量。样品的温度和质量都由数值显示系统的电子屏幕进行实时显示，当温度超过设定温度一定范围(1～50℃)，报警系统会进行自动报警。计算机对样品的质量、温度、时间等数据进行记录并保存。
本发明将不同含能材料样品放置在加热装置内，使其在长时间内保持恒定温度。通过自动控制技术，设置样品的自动位置调整程序，在设定的时间间隔点上，自动将样品输送到称量位置，完成称量程序，并自动记录数据。本发明适用于绝大多数含能材料老化过程中质量变化的自动化监测，在含能材料的安定性、相容性测试和安全贮存寿命评估工作中具有很大的应用潜力。
本发明与现有技术相比，具有如下有益效果：(1)本发明适用于所有液体、粉末和尺寸合适的块体含能材料的在线质量监测，可实现较大质量含能材料的恒温监测；(2)本发明可实现长时间多温度下的质量监测，由于称量装置和加热装置通过隔热材料分开，称量天平处于常温状态，每次称量前可进行内部校正，保证了长时间称量的准确性；(3)本发明的加热恒温装置中可以同时放置多个样品容器，实现对多个样品长时间的恒温加热；(4)本发明自动化程度高，减少了人工对样品的取放、转移、称量环节，节约了人力。
附图说明
图1为本发明中含能材料质量变化自动监测系统中样品容器的结构示意图；
图2为本发明中含能材料质量变化自动监测系统中加热恒温装置的结构示意图；
图3为本发明中含能材料质量变化自动监测系统的整体结构示意图；
其中，图3中，1、报警系统，2、运动控制装置，3、样品容器，4、加热恒温装置，5、称量装置，6、数值显示系统，7、计算机。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。需强调的是，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
以6个200mg含能材料黑索金(rdx)的粉末样品在120℃下90天的质量变化为例说明本发明的实现方法，步骤如下：
(1)选取6个直径20mm，高度50mm的样品池，依次进行编号，并进行质量称量，将称量结果录入计算机软件中；
(2)在计算机软件中设定加热恒温装置的恒温温度120℃，升温速率5℃/min，自动采样频率3天/次，采用次数30次，报警系统的报警温度设置为125℃；
(3)在6个样品容器中分别加入200mgrdx样品，待加热恒温装置的温度恒定在120℃时，将样品容器依次放入到加热恒温装置中；
(4)通过计算机软件依次控制运动控制装置上的机械臂和称量系统对6个样品容器进行称量，将结果自动录入计算机中，并自动扣除样品容器本身质量，得到样品的初始质量，软件自动开始计时和保存数据，数值显示系统对6个样品的当前质量和加热装置的当前温度进行实时显示；
(5)到指定时间，如第三天时，机械臂自动抽取样品容器，完成对其质量的测量，并对样品编号、样品质量、称量时间等进行自动记录，数值显示系统对6个样品的当前质量和加热装置的当前温度进行实时显示，直至30次采样完成后，加热装置停止加热，实验完成。
实施例2：
以4个ф10×10的含能材料高聚物粘结炸药(pbx)药柱在100℃下60天的质量变化为例说明本发明的实现方法，步骤如下：
(1)选取4个直径20mm，高度50mm的样品池，依次进行编号，并进行质量称量，将称量结果录入计算机软件中；
(2)在计算机软件中设定加热恒温装置的恒温温度100℃，升温速率3℃/min，自动采样频率2天/次，采用次数30次，报警系统的报警温度设置为110℃；
(3)在4个样品池中分别加入一个ф10×10的pbx药柱，待加热恒温装置的温度恒定在100℃时，将样品容器依次放入到加热恒温装置中；
(4)通过计算机软件依次控制运动控制装置的机械臂和称量系统对4个样品容器进行称量，将结果自动录入计算机中，并自动扣除样品容器本身质量，得到样品的初始质量，软件自动开始计时和保存数据，数值显示系统对4个pbx药柱的当前质量和加热恒温装置的当前温度进行实时显示；
(5)到指定时间，如第60天时，机械臂自动抽取样品池，完成对其质量的测量。并对样品编号、样品质量、称量时间等进行自动记录，数值显示系统对4个样品容器的当前质量和加热恒温装置的当前温度进行实时显示，直至30次采样完成后，加热装置停止加热，实验完成。